1.1RNA的研究曆程
對於生物學這門學科的發展而言,1953年是個劃時代的年份,Francis Crick和James DWatsan提出了DNA雙螺旋互補結構模型。同年,Dounce首先提出DNA遺傳信息經RNA傳遞給蛋白質。在此基礎上,1958年Crick提出“中心法則”,揭示了遺傳信息從DNA傳遞給RNA,再從RNA傳遞給蛋白質的轉錄和翻譯過程,以及遺傳信息從DNA傳遞給DNA的複製過程。雙螺旋結構模型展示兩條DNA鏈的堿基是配對互補的,故模型本身就提示了自我複製的機製,並進一步指出了DNA作為遺傳物質由親代傳給子代,執行生物個體的遺傳功能。當時,還沒有直接的實驗證據證實DNA和RNA分子,以及RNA與蛋白質分子的相互作用,甚至當時連信使RNA(mRNA)還沒有發現,因此,Crick提出的遺傳信息中心法則也隻能是一種假說。不過,這種假說天才地預言模板RNA的存在,並提出了在DNA模板上合成RNA,再以RNA為模板在應接器(後來發現的轉運RNA)參與下氨基酸按密碼順序合成肽鏈。這是一個革命性的、曆史性的創舉,從此以後,在中心法則的影響下,生物學向基因和分子的新層次大踏步地前進著,生物學理論出現了日新月異的發展,並促成了後來基因工程的誕生和發展。
(KG(0.1mm)正是為了研究遺傳信息是如何從細胞核內的DNA分子傳遞給細胞漿內的蛋白質,20世紀50年代掀起了RNA研究的第一次熱潮。當時很多科學家都在研究DNA、RNA和蛋白質合成有關的生物化學過程,證明在蛋白質合成中需要信使RNA(mRNA),而信使RNA的合成有助於解讀或破譯遺傳密碼。1957年Zemecnik發現了轉運RNA(tRNA),證實了Crick等提出的RNA不能直接合成蛋白質,其間需要一種小分子RNA作為“連接體”,而這種“連接體”就是tRNA。1959年,另一種RNA分子,核糖體RNA(rRNA)被分離得到,多年後證實這種RNA就是核酶,是催化蛋白質的生物合成中肽鍵形成的化合物。1961年,Crick證明DNA長鏈中的堿基每3個組合形成密碼子,編碼蛋白質的氨基酸殘基。當有關蛋白質合成中模板RNA的作用、RNA聚合酶的發現、tRNA(當時叫可溶性RNA,sRNA)、核糖體和核糖體RNA(rRNA)的有關知識都已積累到一定程度的時候,Nirenberg等用生物化學的方法在破譯遺傳密碼的難題上取得了重大突破。他和其他科學工作者,法國的Monod和Jacob等的研究工作提示mRNA的存在,當時他們稱之為“壽命短暫的RNA”,並指出mRNA的堿基序列與DNA的堿基序列互補,並假定mRNA把DNA的遺傳信息拷貝出來,帶到蛋白質的合成場所,核糖體進行蛋白質合成。也正是在同一年,很多實驗室都證實了mRNA的存在,其中最可靠的證據是Spiegelman等采用32P標記DNA和3H標記mRNA的新雜交技術,證實DNA與mRNA以雙重標記的雜合物形式存在。1965年,Khorana合成了遺傳密碼,Nirenberg建立了體外物細胞蛋白質合成係統和核糖體結合技術,為1966年破譯遺傳密碼奠定了基礎。1968年,基於對遺傳密碼的解讀及其在蛋白質合成的作用的研究成果,Nirenberg與Khorana和Holley共同分享了諾貝爾生理學和醫學獎。至此,人們意識到,RNA分子既可以攜帶遺傳信息,又可以作為功能分子,執行遺傳信息的傳遞功能,當時生物體細胞內發現的3種RNA分子:mRNA,tRNA和rRNA,都被認為是具有功能的RNA分子。